DE4412999C2 - Torsionsdämpfeinrichtung mit progressiver Kennlinie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Torsionsdämpfeinrichtung im Antriebsstrang einer Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine Torsionsdämpfeinrichtung der o. g. Bauart ist beispielsweise aus dem deut­ schen Patent 23 23 872 bekannt. Bei dieser bekannten Torsionsdämpfeinrich­ tung sind im Innenraum mehrerer Schraubenfedern weitere Federelemente mit kleinerem Durchmesser angeordnet. Im Ruhezustand der Torsionsdämpfeinrich­ tung sind die Schraubenfedern mit dem großen und die Federelemente mit dem kleinen Durchmesser gleich lang ausgeführt. Sie füllen somit die Fenster mit den umfangsmäßigen Steuerkanten in den Eingangsteilen ohne Spiel aus. Eine abge­ stufte Federkennlinie in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel ist bei einer solchen Konstruktion nur dann durchführbar, wenn wenigstens ein Fenster im Aus­ gangsteil so ausgebildet ist, daß seine Steuerkanten umfangsmäßig einen größe­ ren Abstand aufweisen als die entsprechenden Steuerkanten im Eingangsteil. Durch die Vergrößerung der Fenster in Umfangsrichtung um Ausgangsteil kann es jedoch zu Festigkeitsproblemen kommen, wenn zur Ausnutzung eines mög­ lichst großen Federvolumens umfangsmäßig viele Federn angeordnet werden müssen. Dabei kann es mitunter nötig sein, die Federn sehr kurz auszubilden, so daß die gewünschten Verdrehwinkel nicht realisierbar sind.

Aus der US-Patentschrift 3 556 273 ist es bekannt, im Inneren einer Schrauben­ feder eine weitere Schraubenfeder mit kleineren Durchmesser anzuordnen. Dabei ist im Fenster in der Nabenscheibe die Anordnung der Steuerkanten so getroffen, daß diese im Bereich der Feder mit dem kleineren Durchmesser umfangsmäßig weiter voneinander entfernt sind als die Steuerkantenbereiche für die größeren Federn. Auch mit dieser Konstruktion ist eine abgestufte Federkennlinie nicht zu verwirklichen. Zudem wird das Material in der Nabenscheibe zwischen den Steu­ erkantenbereichen und den Aussparungen für die Verdrehwinkelanschläge stark geschwächt, so daß bei einer hoch beanspruchten Kupplungsscheibe an dieser Stelle Schäden auftreten können.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Torsionsschwingungsdämp­ fer zu erstellen, der einerseits eine progressive Federkennlinie zuläßt und anderer­ seits ein hohes Federvolumen bei kompakter Bauweise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Hauptanspruch gelöst. Die Lö­ sung weist die folgenden Teilmerkmale auf:

• a) zumindest eine Steuerkante in der Nabenscheibe ist zusammengesetzt aus von der Längsachse weiter entfernten Steuerkanten für die Schraubenfeder sowie einer näher an der Längsachse angeordneten Steuerkante, die das weitere Federelement ansteuert,
• b) die der Längsachse nähere Steuerkante ist gegenüber den entfernteren Steuerkanten in Umfangsrichtung um eine Betrag des Verdrehwin­ kels (α, β) versetzt,
• c) das weitere Federelement ist im Ruhezustand gegenüber der Steuerkante mit Spiel verbaut,
• d) die Längserstreckung von Schraubenfeder und weiterem Federelement ist im belastungsfreien Zustand gleich und die zugehörigen Steuerkanten in den Scheiben sind gleich beabstandet.

Die Steuerkanten bzw. Steuerkantenbereiche für das zusätzliche Federelement sind bezüglich der Längsachse näher an dieser angeordnet als die Steuerkanten­ bereiche der Schraubenfedern, und es ist im Ruhezustand ein umfangsmäßiger Abstand zwischen dem weiteren Federelement und zugehörigen Steuerkanten bzw. Steuerkantenbereichen vorgesehen. Dadurch ist sichergestellt, daß das wei­ tere Federelement erst nach dem Zurücklegen eines bestimmten Verdrehwinkels zum Einsatz kommt und ab diesem Zeitpunkt der steilere Anstieg der Federkenn­ linie wirksam wird. Weiterhin ist mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung der Fen­ ster für die Schraubenfeder eine kompakte Bauform gewährleistet sowie die Möglichkeit gegeben, bei hoch belasteten Kupplungsscheiben Spannungsspitzen abzubauen. Durch Ausbildung von gleicher Länge für Schraubenfeder und Federe­ lement im unbelasteten Zustand und das Versetzen der Steuerkantenbereiche für das Federelement zumindest in eine Umfangsrichtung um einen vorgegeben Be­ trag wird erreicht, daß die Fenster zum Ansteuern der Schraubenfedern in ihrem radial äußeren und radial inneren Endbereich umfangsmäßig sehr kompakt ausge­ führt werden können und lediglich für das zusätzliche Federelement sind die Steuerkantenbereiche umfangsmäßig vorgezogen und auch nur in einem Maß entsprechend dem Außendurchmesser des zusätzlichen Federelementes. Dabei kann im großen Umfang Einfluß auf den Einsatz der zusätzlichen Federelemente genommen werden, indem entweder nur in einer Umfangsrichtung oder in beide Umfangsrichtungen die Versetzung vorgenommen ist.

Es wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Steuerkantenbereiche für das Feder­ element in beide Umgangsrichtungen um einen Betrag versetzt ausgeführt sind, wobei die Beträge unterschiedlich groß gewählt sein können. Auf diese Weise kann der Torsionsschwingungsdämpfer sehr leicht auf die verschiedenen Anfor­ derungen in unterschiedlichen Fahrzeugtypen abgestimmt werden.

Die Erfindung schlägt vor, daß die Schraubenfedern im unbelasteten Zustand der Torsionsdämpfeinrichtung im wesentlichen spielfrei in die zugehörigen Steuerkan­ ten bzw. Steuerkantenbereiche eingesetzt sind. Durch diese Anordnung ist ge­ währleistet, daß die Schraubenfedern einerseits nicht in den Fenstern durch Spiel Geräusche erzeugen können, zum anderen ist sichergestellt, daß praktisch keine Vorspannung der Federn vorhanden ist, wodurch die Federkennlinie beim Null­ durchgang keinen Sprung aufweist. Es ist somit eine kontinuierliche, flache Fe­ derkennlinie beispielsweise im Hinblick auf den Leerlaufbetrieb erzielbar.

Bei einer Torsionsdämpfeinrichtung, bei welcher Deckblech und Belagträger über axial verlaufende Abstandsstücke miteinander verbunden sind und in der Naben­ scheibe umfangsmäßig verlaufende Aussparungen vorgesehen sind, deren etwa radial verlaufende Endkanten zusammen mit den Abstandsstücken Verdrehwin­ kelanschläge bilden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Aussparungen in ihren umfangsmäßig verlaufenden Bereichen bzw. im Bereich ihrer Endkanten von den radial äußeren Enden der Steuerkantenbereiche des Federelements zu­ mindest geringfügig weiter entfernt sind als von den radial äußeren Enden der Steuerkantenbereiche der Schraubenfeder. Durch diese Maßnahme ist gewährlei­ stet, daß auch bei umfangsmäßiger Überschneidung der Aussparung und der Steuerkanten ein festigkeitsmäßig kritischer Bereich umgangen werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen in einzelnen:

Fig. 1 den Längsschnitt II-II durch eine Kupplungsscheibe;

Fig. 2 eine Teilansicht dieser Kupplungsscheibe;

Fig. 3 den Kennlinienverlauf der Torsionsfederung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Kupplungsscheibe 1, die konzentrisch zu einer Drehachse 2 angeordnet ist. Die Drehachse 2 wird durch eine nicht dargestellt Getriebewelle definiert. Die Kupplungsscheibe 1 weist eine Nabe 7 auf, die über einen Innenverzahnung auf die nicht dargestellt Getriebewelle drehfest aufgesetzt ist. Die Nabe 7 setzt sich nach radial außen in Form einer Nabenscheibe 6 fort.

Zu beiden Seiten der Nabenscheibe 6 sind ein Belagträger 4 und ein Deckblech 5 angeordnet. Alle Teile 4, 5, 6 sind scheibenförmig. Der Reibbelagträger 4 ist in seinem radial äußeren Bereich mit Reibbelägen 3 zur Einleitung eines Drehmo­ mentes versehen. Belagträger 4 und Deckblech 5 sind untereinander fest verbun­ den und über Abstandsstücke 17 auf Abstand gehalten. Belagträger 4 und Deckblech 5 bilden somit eine Einheit. In Fenstern 10 der Nabenscheibe 6 sowie in Fenstern 11 von Belagträger 4 und Deckblech 5 sind Schraubenfedern 8 mit ihren Längsachsen 16 angeordnet, die bei Drehmomentbeaufschlagung eine Re­ lativverdrehung zwischen Belagträger 4 und Deckblech 5 einerseits und Naben­ scheibe 6 andererseits erlauben. Diese Elemente stellen die Torsionsfederung dar. Gleichzeitig ist eine Reibeinrichtung 15 vorgesehen, die die Verdrehbewegung dämpft. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, sind umfangsmäßig etwa auf einem gleichen mittleren Durchmesser mehrere Schraubenfedern 8 vorgesehen, die parallel wirken.

Zur Erzielung eines möglichst großen Federvolumens ist der umfangsmäßige Platz sowohl im Belagträger 4 und im Deckblech 5 als auch in der Nabenscheibe 6 durch die Fenster 10, 11 gut ausgenutzt. Bei hoher Belastung der Kupplungs­ scheibe können die noch verbleibenden Restquerschnitte festigkeitsmäßig pro­ blematisch werden. Um dem entgegenzuwirken ist im vorliegenden Fall vorgese­ hen, daß die Progressivität der Federkennlinie dadurch hergestellt wird, daß ein­ zelne oder alle Schraubenfedern 8 in ihrem Innenraum jeweils eine weitere Schraubenfedern 9 aufnehmen, wobei diese Schraubenfedern 9 natürlich auch aus anderem elastischen Material, wie z. B. Gummi, bestehen kann. Die Progres­ sivität wird dadurch erreicht, daß die Fenster 10 in der Nabenscheibe 6 und die Fenster 11 im Belagträger 4 und im Deckblech 5 umfangsmäßig gleiche Ausdeh­ nung haben, das heißt, die Steuerkanten 12 in den Fenstern 11 sind umfangs­ mäßig genausoweit voneinander beabstandet wie die Steuerkanten 13 der Fen­ ster 10, und im Ruhezustand der Kupplungsscheibe sind diese Fenster in Achs­ richtung gesehen deckungsgleich und die Schraubenfedern sind im wesentlichen ohne Vorspannung in diese Fenster eingesetzt. Die zusätzlichen Schraubenfe­ dern 9 im Inneren der Schraubenfedern 8 sind gleichlang ausgeführt und weisen die Länge L auf, sie kommen jedoch erst nach einem größeren Verdrehwinkel zum Einsatz. Um dies zu gewährleisten, sind die Fenster 10 in der Nabenschei­ be 6 in ihren umfangsmäßigen Steuerkanten derart ausgebildet, daß Steuerkan­ tenbereiche 13a und 13b und 14a und 14b in den von der Längsachse 6 entfern­ ten Bereichen vorgesehen sind zum Ansteuern der Torsionsfedern 8, und zwi­ schen den Steuerkantenbereichen 13a und 13b ein Steuerkantenbereich 13c und zwischen den Steuerkantenbereichen 14a und 14b ein Steuerkantenbereich 14c vorgesehen ist, wobei die Steuerkantenbereiche 13c und 14c umfangsmäßig be­ abstandet sind von der gedachten Verbindungslinie zwischen den Steuerkanten­ bereichen 13a, 13b einerseits und 14a, 14b anderseits dergestalt, daß die innen angeordneten zusätzlichen Schraubenfedern 9 im Ruhezustand der Kupplungs­ scheibe 1 an den ihnen zugeordneten Steuerkantenbereichen 13c und 14c nicht zur Anlage kommen. Dabei sind die Steuerkantenbereiche 13c und 14c in ihrer Längserstreckung auf den Durchmesser der Schraubenfeder 9 abgestimmt. Die Schraubenfedern 8 und 9 weisen beide im unbelasteten Zustand eine Länge L auf und sie sind in den Fenstern 11 von Belagträger 4 und Deckblech 5 umfangsmä­ ßig ohne Spiel eingebaut. Die Schraubenfedern 9 kommen erst dann zum Einsatz, wenn durch Drehmomentbeaufschlagung zwischen den Reibbelägen 3 und der Nabe 7 im Zugbereich ein Winkel α überschritten ist bzw. im Schubbereich ein Winkel β. Dabei ist es möglich, die beiden Winkel α und β gleich oder ungleich auszuführen. Weiter ist aus Fig. 2 die Anordnung zur Begrenzung des Verdreh­ winkels innerhalb der Kupplungsscheibe 1 ersichtlich. Zu diesem Zweck sind im Bereich des Außendurchmessers der Nabenscheibe 6 mehrere am Umfang verteil­ te Aussparungen 18 vorgesehen, die mit den entsprechenden Abstandsstücke 17 zusammenwirken. Die Aussparungen 18 weisen dabei einen umfangsmäßig ver­ laufenden Bereich 20 auf, der konzentrisch zur Drehachse 2 verläuft. Die Ausspa­ rungen 18 werden umfangsmäßig begrenzt durch Endkanten 19, die direkt in den umfangsmäßig verlaufenden Bereich 20 einmünden. Diese Endkanten 19 kom­ men bei maximalen Verdrehwinkel an den Abstandsstücken 17 zur Anlage. Die Aussparungen 18 sind umfangsmäßig in die Zwischenräume der einzelnen Schraubenfedersätze plaziert und die Nabenscheibe im Bereich der Schraubenfe­ dersätze nicht zu schwächen. Beim Ausnützen der maximal möglichen Verdreh­ winkel besteht allerdings die Gefahr, daß die Aussparung 18 im Bereich ihrer End­ kanten 19 den Steuerkantenbereichen 13b, 13c bzw. 14b, 14c recht nahe kommt. Es ist hier zumindest nicht mehr möglich, axial längere Schraubenfedern 8 einzu­ setzen, da dann die Steuerkantenbereiche 13b bzw. 14b nicht genügend Ab­ stand 21 zur Aussparung 18 zulassen. Es ist festigkeitsmäßig besser, die Schraubenfedern 18 kürzer zu gestalten und dafür die Schraubenfedern 9 zu verlängern, da ja hier die Steuerkantenbereiche 13c bzw. 14c einen geringeren Abstand von der Drehachse 2 aufweisen und somit einen größeren Abstand 22 zu der entsprechenden Aussparung 18 ermöglichen. Es sei hierbei darauf hinge­ wiesen, daß bei entsprechenden Platzverhältnissen ohne weiteres innerhalb der Schraubenfeder 9 eine weitere Schraubenfeder angeordnet sein kann. Dabei ist es möglich, das Federvolumen im Innenraum der Schraubenfedern 8 voll zu nut­ zen. Weiterhin ist es möglich, insgesamt nur eine Schraubenfeder 9 vorzusehen oder in sämtlichen Schraubenfedern 8 jeweils eine Schraubenfeder 9 anzuordnen. Dabei ist die umfangsmäßige Vergrößerung des Fensters 10 in der Nabenschei­ be 6 bei nicht allzu großem Winkel α unschädlich im Hinblick auf die Festigkeit der Nabenscheibe 6 im Bereich des Materials umfangsmäßig zwischen zwei auf­ einander folgende Fenster 10.

Diese aus einer Konstruktion gemäß den Fig. 1 und 2 ergebende Kennlinie ist in Fig. 3 wiedergegeben. Hier ist über den Verdrehwinkel das Drehmoment auf­ getragen und zwar die obere Hälfte im Zugbereich, wenn die Brennkraftmaschine das Fahrzeug antreibt und die untere Hälfte im Schubbereich, wenn das Fahrzeug die Brennkraftmaschine antreibt. Dabei ergibt sich die Kennlinie A aus der Beauf­ schlagung der Schraubenfedern 8, wobei die Anordnung dieser Schraubenfedern im wesentlichen spielfrei in ihren Fenstern dafür sorgt, daß bei Nulldurchgang kein Sprung in der Kennlinie erzeugt wird, was unter Umständen im Hinblick auf Geräuscherzeugung unerwünscht ist. Nach dem Durchlaufen eines Verdrehwin­ kels von beispielsweise 12° ist das Spiel β entsprechend Fig. 2 zwischen der ursprünglichen Länge der Schraubenfedern 8 und der zusätzlichen Schraubenfe­ der 9 aufgebraucht, so daß die Schraubenfeder 9 - bzw. sämtliche Schraubenfe­ dern 9 - zusätzlich zum Einsatz kommt. Dadurch ergibt sich eine steilere Kennlinie entsprechend C. Wird der Winkel ß entsprechend groß gewählt, kann die Kennli­ nie B erzielt werden. Im Zugbereich wird ebenfalls, ausgehend vom Nulldurch­ gang, die Kennlinie A benutzt, bis nach den Winkel α durch Einsatz der weiteren Federn 9 ein steilerer Verlauf entsprechend B erfolgt.

Claims (4)

1. Torsionsdämpfeinrichtung im Antriebsstrang einer Brennkraftmaschine, wie z. B. Kupplungsscheibe einer Reibungskupplung, umfassend eine Nabe mit dreh­ fest daran angeordneter Nabenscheibe konzentrisch zu einer Drehachse, zu beiden Seiten der Nabenscheibe angeordnete Scheiben in Form eines Belag­ trägers mit radial außen angeordneten Reibbelägen und eines Deckbleches, die untereinander fest verbunden und auf Abstand gehalten sind, Fenster in den Scheiben und in der Nabenscheibe zur Aufnahme von im wesentlichen tangential zur Drehachse angeordneten zylindrischen Schraubenfedern mit Längsachsen zur gefederten Verdrehung von Nabenscheibe zu den Scheiben bei Drehmomentbeaufschlagung, wobei die diese Schraubenfedern beauf­ schlagenden Steuerkanten bzw. Steuerkantenbereiche von axial fluchtenden Fenstern jeweils umfangsmäßig gleich beabstandet sind, ferner umfassend im Innern wenigsten einer der Schraubenfedern ein weiteres Federelement - vor­ zugsweise eine weitere Schraubenfeder - mit kleinerem Durchmesser, ge­ kennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) zumindest eine Steuerkante in der Nabenscheibe (6) ist zusammen­ gesetzt aus von der Längsachse (16) weiter entfernten Steuerkan­ ten (13a, 13b, 14a, 14b) für die Schraubenfeder (8) sowie einer näher an der Längsachse (16) angeordneten Steuerkante (13c, 14c), die das weitere Federelement (9) ansteuert,
• b) die der Längsachse nähere Steuerkante (13c, 14c) ist gegenüber den entfernteren Steuerkanten (13a, 13b, 14a, 14b) in Umfangsrichtung um einen Betrag der Verdrehwinkels (α, β) versetzt,
• c) das weitere Federelement (9) ist im Ruhezustand gegenüber der Steuerkante (13c, 14c) mit Spiel verbaut,
• d) die Längserstreckung (L) von Schraubenfeder (8) und weiterem Fe­ derelement (9) ist im belastungsfreien Zustand gleich und die zuge­ hörigen Steuerkanten (12) in den Scheiben (4, 5) sind gleich beab­ standet.

2. Torsionsdämpfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten (13c, 14c) in beide Umfangsrichtungen um einen vorge­ gebenen Betrag (α, β) versetzt sind, wobei die Beträge unterschiedlich groß gewählt sein können.

3. Torsionsdämpfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfedern (8) im belastungsfreien Zustand im wesentlichen spielfrei in die Steuerkantenbereiche (13a, 13b, 14a, 14b) eingesetzt sind.

4. Torsionsdämpfeinrichtung nach Anspruch 1, wobei Deckbleche und Belagträ­ ger über axial verlaufende Abstandsstücke miteinander verbunden sind und in der Nabenscheibe umfangsmäßig verlaufende Aussparungen vorgesehen sind, deren etwa radial verlaufende Endkanten zusammen mit den Abstandsstüc­ ken Verdrehwinkelanschläge bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (21, 22) der Aussparungen (18) von den radial äußeren En­ den der Steuerkantenbereiche (13c, 14c) des weiteren Federelementes (9) zumindest geringfügig größer ist als von den radial äußeren Enden der Steu­ erkantenbereiche (13b, 14b) der Schraubenfeder (8).